基于stm32的多功能时钟3——MQ135检测空气质量

        嘿，我的读者们！

         在上一章中，我主要讲了如何通过DHT11测量温湿度，由于有单总线通信，需要编写时序函数，所以难度有点大。那么在这一章中，我打算用MQ135模块来检测空气质量，仍然是对环境参量的获取。不像DHT11模块，在MQ135内部并没有集成AD转换器，当然，我们也不需要在外围搭建AD转换电路，而是利用stm32的内部ADC资源，完成对获取到的模拟量的转换。

        MQ135传感器主要检测空气中的一些有害气体，比如硫化物、氨气等，还可以对烟雾等进行检测，总之，就是检测空气中污染物的一款传感器。下面，就是MQ135模块的实物图。

        由图可知：该模块有4个引脚，分别是两个电源VCC和GND，一个数字输出口和一个模拟输出口。模块中还有一个可调电位器，用来调节灵敏度的。在本制作中，由于我们需要测量空气质量的数值，所以需要用到模拟输出口，即A0输出。而数字输出口只能在超过某设定值时，才能进行电平的跳变，如果你要设置某报警装置时，可以用一下，所以我们不用数字输出口。

        至于MQ135模块的内部测量电路的工作原理，在这里不再阐述，有兴趣的读者，可以网上查阅。我们只要知道，该模块A0输出端电压随环境空气质量的变化而变化，只要通过AD转换将A0端口电压模拟量转换为数字量，再通过一定的公式转换，即可测量出空气质量的数值。

        stm32内部自带ADC资源，它可以将模拟信号转换为数字信号，是12位逐次逼近型的模拟数字转换器。stm32有 3 个 ADC，这些 ADC 可以独立使用，也可以使用双重（提高采样率），具有多达 18个复用通道，可测量来自16个外部源、2 个内部源信号。 这些通道的 A/D 转换可以单次、连续、扫描或间断模式执行。ADC 的结果可以左对齐或右对齐方式存储在 16 位数据寄存器中。        

（1）初始化相关的GPIO口

/ADC初始化函数/

void adc_gpio_init(void)

{

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);

    GPIO_InitStructureGPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;

    GPIO_InitStructureGPIO_Pin = GPIO_Pin_1;

    GPIO_InitStructureGPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

}

配置GPIO口，选择PA1引脚，开启PA1和ADC1的时钟，由于需要检测电压模拟量，将引脚设置成模拟输入。

（2）编写ADC初始化函数

void adc_init(void)

{

    ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;//定义ADC结构体变量

    adc_gpio_init();//GPIO口初始化

    RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);//设置ADC分频因子6 72M/6=12,ADC最大时间不能超过14M

    ADC_InitStructureADC_ContinuousConvMode = DISABLE;//关闭连续转换

    ADC_InitStructureADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;//右对齐

    ADC_InitStructureADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;//禁止触发检测，使用软件触发

    ADC_InitStructureADC_Mode = ADC_Mode_Independent;

    ADC_InitStructureADC_NbrOfChannel = 1;//1个转换在规则序列中 也就是只转换规则序列1

    ADC_InitStructureADC_ScanConvMode = DISABLE;//非扫描模式

    ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);//ADC初始化

    ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);//开启AD转换器

    ADC_ResetCalibration(ADC1);//重置指定的ADC的校准寄存器

    while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));//获取ADC重置校准寄存器的状态

    ADC_StartCalibration(ADC1);//开始指定ADC的校准状态

    while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));//获取指定ADC的校准程序

    ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);//使能或者失能指定的ADC的软件转换启动功能

}

        在ADC初始化函数里，由于AD转换时间没有那么快，所以设置ADC分频因子为6，将系统时间分频。然后对ADC_InitStructure结构体的每一个元素赋值，这里，我借鉴了普中的资料。就像上面这样配置，就可以了。本人水平有限，可能讲不清楚，见谅。

        接着，开启AD转换器，并进行校准，并且使能指定的ADC的软件转换启动功能，至此，就完成了ADC的初始化。

（3）编写AD转换函数

u16 get_adc_value(u8 channel,u8 times)

{

    u32 total_value;

    u16 average_value;

    u8 i;

    //设置指定ADC的规则组通道，一个序列，采样时间

    //ADC1,ADC通道,2395个周期,提高采样时间可以提高精确度

    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, channel, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5);

    for(i=0; i<times; i++)

    {

        ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);//使能指定的ADC1的软件转换启动功能

        while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC));//等待转换结束

        total_value += ADC_GetConversionValue(ADC1);

        delay_ms(5);

    }

    average_value = total_value/times;

    return average_value;

}

        AD转换函数的入口参数为AD转换通道和采样转换次数，通过ADC_RegularChannelConfig()函数，指定ADC1，转换通道，转换周期等，启动AD转换，连续采集数据并取平均值。最后返回采集并AD转换的数字量。

（4）主程序调用AD转换函数，获取空气质量数值

        value = get_adc_value(ADC_Channel_1,10);//设置通道：ADC_Channel_1，每次连续采样10次

        value = (u16)((float)value300/4096);//数值转换，采集AD数值范围：0~4095，而空气质量范围：0~300。

         这里，我在网上查阅资料，并没有详细说明，MQ135空气质量的计算公式，所以本人也不知道如何换算。因此，这里的空气质量检测只能达到演示的效果（自定义的转换公式），如果有读者知道，可以在下方的评论中留言，或者在中私信我，谢谢！

stm32单片机向串口发送烟雾浓度以实现智能火灾报警。原理是通过DHT11温湿度传感器检测当前温度和湿度，烟雾传感器监测烟雾浓度，并通过单片机内部AD数模转换模块将模拟量转换成数字量，烟雾浓度通过单片机串口发送数据。

基于stm32的分布式温度实验会出现DHT11模块启动不了。根据查询相关资料得知，基于stm32的分布式温度实验会出现DHT11模块启动不了，具体问题为没有做DHT11启动判断，若DHT11启动会出现一段低电平，硬件启动就有问题，如一次不行就跳过这次循环，下一次再尝试启动DHT11传感器。或尝试多次拉高电平然后再根据芯片手册的启动电平信号去改变电平信号。

stm32通风模块原理如下：

1、采用stm32单片机作为控制CPU，采用MQ4天然气气体采集传感器，DHT11温湿度传感器，蜂鸣器，096寸OLED显示屏，继电器驱动风扇，采用USB5V供电，使用电脑和充电宝USB口都可以，MQ4采集当前天然气可燃气体浓度，当浓度值大于设置的上限阈值（阈值可以在程序中更改），蜂鸣器进行报警。

2、继电器导通驱动风扇进行通风降低天然气可燃气体浓度，当浓度低于设置的阈值，蜂鸣器停止报警，风扇停止转动，OLED显示屏上显示天然气可燃气体浓度值和温湿度采集值，该系统适用于天然气可燃气体相关报警系统，全套资料齐全。

        读者们，大家好！

        接着上一章多功能时钟（绪论）的内容，在这一章中，我将介绍多功能时钟的时钟显示部分。话不多说，我们正式开始吧~

        多功能时钟，时钟显示功能是必不可少的。所以，我们利用stm32的定时器来计时。本来打算采用stm32的RTC实时时钟，但后来想，刚开始弄得时候，尽量简单一些，别一开始就给自己出难题，毕竟RTC实时时钟要配置的东西还挺多的。如果此次做得不错的话，后面可以再加RTC实时时钟。

        stm32不同于51,共有11个定时器，其中2个高级控制定时器（TIM1和TIM8），4个普通定时器（TIM2~TIM5）和2个基本定时器（TIM6和TIM7），以及2个看门狗定时器和1个系统滴答定时器。这里，我们采用普通定时器TIM2，并且开启定时器的中断，中断时间为1s，并且在中断函数里，模拟时钟的计时功能。

（1）配置嵌套中断控制器NVIC

void tim2_nvic_config(void)

{

    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;

    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);

    NVIC_InitStructNVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;

    NVIC_InitStructNVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;//抢占优先级为2

    NVIC_InitStructNVIC_IRQChannelSubPriority = 0;//子优先级为0

    NVIC_InitStructNVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;

    NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);

}

        这里，我们只需对NVIC_InitStruct结构体的每个元素赋值，其中TIM2_IRQn为定时器TIM2中断线，设置优先级组为2，即抢占优先级组为4组，这里抢占优先级为2，子优先级为0，然后使能NVIC（优先级不能理解上网查询）。

（2）定时器初始化配置

void tim2_config(void)

{

    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;

    tim2_nvic_config();                                //配置NVIC

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE);//开启时钟

    TIM_DeInit(TIM2);                                      //定时器2复位

    TIM_TimeBaseInitStructTIM_Period = 2000-1;                  //自动重装载寄存器值

    TIM_TimeBaseInitStructTIM_Prescaler = 36000-1;              //时钟预分频数

    TIM_TimeBaseInitStructTIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;    //采样分频

    TIM_TimeBaseInitStructTIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //计数模式

    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStruct);            //初始化TIM2

    TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update);                        //清除溢出中断标志

    TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE);

    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);                                      //使能时钟

}

        TIM2初始化，首先配置NVIC，打开TIM2时钟，复位TIM2。然后对TIM_TimeBaseInitStruct结构体的每个元素赋值。这里，主要阐述如何计算定时中断时间。定时器的溢出中断时间由TIM_Period和TIM_Prescaler来决定的。这里，我直接给出公式：发生中断时间=（TIM_Period+1）（TIM_Prescaler+1）/FCLK，而FCLK为72M，所以定时1s，可以这样：TIM_Period=2000-1，TIM_Prescaler=36000-1；最后清除溢出中断标志，使能时钟即可计时。

（3）编写中断计时函数

void TIM2_IRQHandler(void)

{

    if(TIM_GetITStatus(TIM2 ,TIM_IT_Update)!=RESET)

    {

        sec++;

        if(sec>=60)

        {

            sec = 0;

            min++;

            if(min>=60)

            {

                min = 0;

                hour++;

                if(hour>=24)

                {

                    hour = 0;

                }

            }

        }

    }

    TIM_ClearITPendingBit(TIM2 ,TIM_FLAG_Update);

}

这里，先定义时、分、秒三个变量，然后在中断函数里，对时间变量的关系进行换算即可。

（4）编写时钟显示函数

        这里，我们采用LCD12864实时显示。LCD12864的相关内容，我后面在LCD库函数章节中，会专门介绍的。这里，只将时间显示即可。

    lcd_display_num_m(2, 16, hour/10);

    lcd_display_num_m(2, 24, hour%10);

    lcd_display_string(2,32,"时");

    lcd_display_num_m(2, 48, min/10);

    lcd_display_num_m(2, 56, min%10);

    lcd_display_string(2,64,"分");

    lcd_display_num_m(2, 80, sec/10);

    lcd_display_num_m(2, 88, sec%10);

    lcd_display_string(2,96,"秒");

        LCD12864的驱动函数，我跟着黄老师的视频后面写的，在老师的基础上，增加了汉字字符串显示函数。这里，看成库函数即可，只需简单的调用，显示时间就行。

（5）按键调整时间

        成功显示时间后，我们需要按键来调整时间。 我们需要设置时钟启/停键（K1），时间位选择键（K2），数值增加键（K3），数值减小键（K4）。

1我们先对按键的GPIO进行配置，开启相应的时钟，选择相关引脚，设置浮空输入模式等。

void key_gpio_init(void)

{

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    /使能GPIO的RCC时钟/

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);

    /配置PB11~PB14引脚/

    GPIO_InitStructureGPIO_Pin = GPIO_Pin_11|GPIO_Pin_12|GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_14;

    GPIO_InitStructureGPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

    GPIO_InitStructureGPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;

    GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);

}

2配置好按键的GPIO口后，编写按键扫描函数，从而达到调整时间的功能。

u8 flag,mark;//flag为定时器启停标志位,mark为位选择标志位

//mark为0表示未选中,mark为1表示选择时位,mark为2表示选择分位,mark为3表示选择秒位

void keyscan(void)

{

    if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_11)==RESET)

    {

        delay_ms(10);

        if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_11)==RESET)

        {

            flag = ~flag;

            if(!flag)

            {

                TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);

            }

            else

            {

                TIM_Cmd(TIM2, DISABLE);

                mark = 0;

            }

        }while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_11)==RESET);

    }

    if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_12)==RESET)

    {

        delay_ms(10);

        if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_12)==RESET)

        {

            mark = mark>=30:mark+1;

        }while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_12)==RESET);

    }

    if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_13)==RESET)

    {

        delay_ms(10);

        if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_13)==RESET)

        {

            if(flag)

            {

                switch(mark)

                {

                    case 1:hour = hour<23hour+1:0;break;

                    case 2:min = min<59min+1:0;break;

                    case 3:sec = sec<59sec+1:0;break;

                    default:break;

                }

            }

        }while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_13)==RESET);

    }

    if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_14)==RESET)

    {

        delay_ms(10);

        if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_14)==RESET)

        {

            if(flag)

            {

                switch(mark)

                {

                    case 1:hour = hour>0hour-1:23;break;

                    case 2:min = min>0min-1:59;break;

                    case 3:sec = sec>0sec-1:59;break;

                    default:break;

                }

            }

        }while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_14)==RESET);

    }

}

        至此，我们完成了时钟显示的功能，当然，后期如果可以的话，我们可以使用stm32的RTC实时时钟资源，还可以设置闹钟、整点报时的功能。

         本章，我主要介绍了如何利用stm32的TIM定时器和GPIO资源，实现时钟显示和按键调整的功能。下一章中，我将介绍如何利用DHT11模块来测量温度和湿度，从而实现系统对环境参量的获取。

for循环8次，data_byte<<=1 ，是串口左移一位接受进来存data_byte，io=0,移位=0,而移位循环条件是io=1移位=1,，移位结果，data_byte再和temp按位相或存data_byte ，一共读入8个一位数据进来成为一个字节

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